Menerapkan Teknik Elektronika Analog dan Digital Dasar 1

1. Pengertian daya, arus dan tegangan

ATOM
Sebuah benda terdiri dari beberapa unsur dan unsur terdiri dari beberapa atom. Jadi atom adalah suatu satuan dasar materi, yang terdiri atas inti atom (terdiri dari proton (+) dan netron) serta elektron bermuatan negatif (-) yang mengelilinginya. Inti atom terdiri atas proton yang bermuatan positif, dan neutron yang bermuatan netral.

Gambar atom diambil dari http://aquantumofknowledge.wordpress.com/2010/07/06

Karena elektron berada pada orbit posisi terluar, maka elektron tersebut bisa terlepas dari orbit menuju ke atom lain yang tidak seimbang jumlah elektronnya. Mudah atau tidak-nya sebuah elektron terlepas ini akan mempengaruhi jenis benda. Benda yang sangat mudah melepaskan elektron dinamakan konduktor, begitu juga sebaliknya jika benda yang sulit melepaskan elektron (terikat kuat dalam atom) maka benda tersebut masuk dalam golongan isolator

HUBUNGAN DAYA, ARUS, TEGANGAN DAN TAHANAN
Apakah anda yang adalah orang yang termasuk tidak mengerti masalah arus, tegangan dan daya. Padahal secara tidak sengaja kita sering sekali menggunakan ketiga istilah tersebut dalam kehidupan sehari-hari. Untuk mengerti teori istilah tersebut, di bawah ini saya kutipkan pengertian dari daya, arus dan tegangan, yang saya ambil dari http://id.wikipedia.org
Daya dalam fisika adalah laju energi yang dihantarkan atau kerja yang dilakukan per satuan waktu. Daya dilambangkan dengan P. Mengikuti definisi ini daya dapat dirumuskan sebagai:

Variasi rumus daya (P)

di mana

P = daya (watt)

W = Usaha (Joule)

t = waktu

V = Tegangan/beda potensial (Volt)

I = Arus (Ampere)

R = Tahanan/Hambatan/Beban (Ohm)

Tegangan listrik (kadang disebut sebagai Voltase) adalah perbedaan potensial listrik antara dua titik dalam rangkaian listrik, dan dinyatakan dalam satuan volt. Besaran ini mengukur energi potensial dari sebuah medan listrik yang mengakibatkan adanya aliran listrik dalam sebuah konduktor listrik. Tergantung pada perbedaan potensial listriknya, suatu tegangan listrik dapat dikatakan sebagai ekstra rendah, rendah, tinggi atau ekstra tinggi.

Variasi rumus tegangan (V)

Arus listrik adalah banyaknya muatan listrik yang mengalir melalui suatu titik dalam sirkuit listrik tiap satuan waktu. Arus listrik dapat diukur dalam satuan Coulomb/detik atau Ampere. Contoh arus listrik dalam kehidupan sehari-hari berkisar dari yang sangat lemah dalam satuan mikro Ampere (μA) 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.

Variasi rumus arus (I)

Tahanan/beban/resistansi adalah komponen elektronik dua saluran yang didesain untuk menahan arus listrik dengan memproduksi penurunan tegangan diantara kedua salurannya sesuai dengan arus yang mengalirinya, berdasarkan hukum Ohm:

Variasi rumus tahanan (R)

Analogi. Untuk memudahkan pemahaman pengertian diatas kita dapat menganalogikan arus, tegangan dan daya seperti sebuah tandon air yang digunakan untuk mengisi bak mandi, seperti digambarkan di bawah ini :

Dari gambar di atas, dapat diumpamakan bahwa tegangan/beda potensial sama seperti ketinggian titik atas air dalam tandon dengan dasar bak mandi, air diumpakan sebagai arus, bak mandi diumpamakan sebagai tahanan/beban/resistor dan daya diumpamakan tenaga semprotan air yang dihasilkan oleh perpaduan tinggi tandon air dan air itu sendiri. Untuk memudahkan penerapan rumus daya, arus dan tegangan dapat dilihat pada gambar di bawah ini :

Dari gambaran di atas maka dapat diperoleh kesimpulan bahwa semakin besar daya, disebabkan oleh semakin besar tegangan/beda potensial atau arusnya, dan begitu juga sebaliknya. Jadi sebenarnya arus tidak akan mengalir jika tidak ada tegangan/beda potensial dan tegangan/beda potensial tidak berfungsi jika tidak ada arus.
Bagaimanakah arus bisa mengalir
Seperti telah diuraikan pada analogi tandon air di atas bahwa air akan mengalir jika posisi titik atas air dalam tandon air lebih tinggi dari bak mandi, bayangkan jika posisi titik atas air sejajar dengan posisi bak mandi. Arus hanya dapat mengalir jika ada tegangan/beda potensial. Sumber arus sampai saat ini umumnya berasal dari PLN, sedangkan arus listrik di daerah Jawa Tengah ini disupply dari pembangkit listrik Karangkates yang ada di daerah Malang. Untuk bisa mengalirkan arus sampai daerah Jawa Tengah, maka harus diberi tegangan yang sangat besar (sekitar 500.000 V) melalui sebuah jalur kabel yang dinamakan Sutet (Saluran Udara Tegangan Ekstra Tinggi), walaupun begitu tetap setelah jarak tertentu saluran sutet ini tegangannya harus dinaikkan kembali melalui sebuah gardu listrik (menggunakan trafo Step-up) dikarenakan karena pengaruh hambatan, panjang, dan luas penampang penghantar (kabel) akan mempengaruhi penurunan tegangan. Arus listrik adalah suatu energi yang ditimbulkan akibat perpindahan elektron dari suatu unsur.Untuk memudahkan analisa arah arus arus akan mengalir dari kutub positif (+) menuju ke kutub negatif (-), sedangkan elektron bergerak berbalikan arah dengan arah arus yang mengalir dari kutub negatif (-) menuju kutub positif (+) .

Gambar arah arus dan arah elektron

Supaya lebih mudah memahaminya mari kita bayangkan pistol air mainan anak-anak. Air akan keluar jika ada tekanan pada alat picu pistol, jika tidak ada tekanan pada alat picu pistol, maka air tidak akan keluar. Tekanan pada alat picu pistol itu dapat diasumsikan sebagai tegangan.
Jenis-Jenis tegangan

Tegangan AC (Alternating Current) adalah tegangan yang besarnya selalu berubah-ubah secara periodik. Tegangan AC dapat dilihat dengan menggunakan CRO (Cathode Ray Oscilloscope). Contoh : tegangan PLN memiliki besar 220 VAC dengan periode ayunan 50-60 kali per detik atau biasa dalam bahasa teknik dituliskan dengan istilah frekuensi = 50-60Hz. Oleh karena itu orang yang kesetrum tegangan AC rasanya seperti bergetar dan bergoyang inul.

Gambar tegangan AC ideal/sempurna tanpa cacat

Tegangan AC dilihat dari CRO
Tegangan DC (Direct Current) adalah tegangan yang memiliki besar tetap (tidak berubah) secara periodik. Contoh tegangan keluaran dari adaptor, tegangan keluaran dari Power Supply komputer dll. Oleh karena itu orang yang kesetrum tegangan DC rasanya seperti dicubit tanpa merasakan getaran.

Gambar tegangan DC ideal/sempurna

Gambar tegangan DC dilihat dari CRO

CONTOH SOAL

Pada saat kita membeli lampu, kita mau mengatakan mau membeli lampu 15 watt. Berapakah arus yang mengalir pada lampu tersebut jika lampu tersebut dinyalakan ?

JAWAB
Diketahui :
Daya (P) = 15 watt; tegangan (V) = 220 V (dikarenakan sumber tegangan listri dari PLN), maka rumus yang berlaku :