Pengenalan Konsep Dasar Listrik & Elektronika

Pengenalan Konsep Dasar Listrik & Elektronika

Pengertian dasar (tenaga) listrik

Tujuan khusus dari pembelajaran 1 ini peserta dapat :

1.     Menjelaskan perbedaan antara atom dan elektron

2.     Mengetahui sifat-sifat muatan listrik (pembawa muatan)

3.     Memahami konsep dasar tentang arus, tegangan dan tahanan listrik

ATOM DAN ELEKTRON

Kita potong-potong suatu benda padat, misalnya tembaga, kedalambagian-bagian yang selalu lebih kecil, dengan demikian maka padaakhirnya kita dapatkan suatu atom. Kata atom berasal dari bahasa Yunani dan berarti “tidak dapat dibagi”.

Dalam beberapa waktu kemudian barulah dapat ditemukan buktinyamelalui percobaan, bahwa benda padat tersusun atas atom. Dari banyakhasil percobaan ahli fisika seperti

Rutherford  dan Bohr menarik kesimpulan, bahwa suatu atom harus tersusun mirip seperti sistim tatasurya kita.

Planet Lintasan planetMatahari

Atom terdiri atas matahari sebagai inti atom dandisekitar inti pada lintasan berbentuk lingkaran atau ellips beredar planetsebagai elektron-elektron. Lintasannya mengelilingi inti dan membentuksesuatu yang disebut dengan

kulit elektron . 

Elektron-elektron pada kulit terluar disebut elektron valensi, mereka terletak paling jauh dari inti dan oleh karena itu paling baik untukdipengaruhi dari luar.

MUATAN LISTRIK - PEMBAWA MUATAN

Elektron mengelilingi inti atom dengan kecepatan yang sangat tinggi (2200 km/det.). Pada gerakan melingkar, meski berat elektron tidakseberapa, maka disini harus bertindak suatu gaya sentrifugal yang relatipbesar, yang bekerja dan berusaha untuk melepaskan elektron keluar darilintasannya. Sekarang tenaga apakah yang menahan elektron tetap padalintasannya mengitari inti ?

Tenaga yang menahan bumi tetap pada lintasannya adalah grafitasi.Grafitasi antara elektron-elektron dan inti atom belum mencukupi,sebagaimana terbukti secara perhitungan, dan tidak dapat menahanelektron-elektron yang terjauh untuk tetap pada lintasannya. Oleh karenaitu disini harus bertindak suatu tenaga lain, yaitu tenaga listrik.

Diantara inti atom dan elektron terdapat tenaga listrik.Tenaga listrik semacam ini sederhana membuktikannya. Kita gosokkanpenggaris mika (bahan sintetis/plastik) dengan suatu kain wol, maka padabahan ini bekerja suatu gaya tarik terhadap kertas, yang pada prinsipnya lebih besar daripada tenaga grafitasi.

Yang bertanggung jawab terhadap tenaga listrik kita sebut muatan listrik.Terhadap inti atom, elektron bersifat menjalankan suatu tenaga listrik. Jadi elektron memiliki muatan listrik. Kita katakan elektron sebagai suatu

pembawa muatan.

            Oleh karena inti atom juga mempunyai sifat menjalankan tenaga listrik,maka inti atom juga mempunyai muatan listrik. Hal ini terbukti bahwa elektron-elektron tidak saling tarik-menarik,melainkan tolak-menolak. Demikian pula tingkah laku inti atom .

Oleh karena elektron-elektron saling tolak-menolak, inti atom dan elektronsaling tarik-menarik, maka inti atom harus berbeda muatan denganelektron, artinya membawa suatu jenis muatan yang berbeda dengan muatan elektron. Muatan inti atom dinamakan muatan positip dan muatan elektrondinamakan muatan negatip. Dengan demikian untuk muatan listrik berlaku :Muatan-muatan yang sama saling tolak-menolak, muatan-muatan yang berbeda saling tarik-menarik.

ATOM NETRAL - SUSUNAN ATOM

Atom hidrogen memperlihatkan susunan yang paling sederhana. Terdiriatas sebuah elektron dan sebuah proton (biasa disebut inti atom).Elektron sebagai pembawa muatan listrik terkecil dinamakan muatan elementer.

Elektron adalah pembawa muatan elementer negatip, proton merupakanpembawa muatan elementer positip. Muatan elementer negatip elektron sama besarnya dengan muatanelementer positip proton. Oleh karenanya muatan-muatan atom memilikipengaruh yang persis sama. Atom secara listrik bersifat netral.

Atom netral terdiri atas muatan positip yang sama banyaknya denganmuatan negatip.Atom karbon misalnya memiliki 6 elektron dan juga 6 proton. Selainproton inti atom juga mengandung bagian yang secara listrik bersifatnetral, yang biasa disebut dengan netron.

Proton dan netron menentukanberat atom yang sebenarnya . Atom yang lain semuanya berjumlah 103 buah dengan susunan yang hampir sama. Pembagian elektron pada lintasan elektron berdasarkan pada aturan tertentu. Namun jumlah elektron tetap selalu sama dengan jumlah proton.

ION

Atom kehilangan sebuah elektron, dengan demikian maka atom tersebutmemiliki lebih banyak muatan positipnya daripada muatan negatip. Atomyang secara utuh bermuatan positip, melaksanakan suatu reaksi listrik, yaitu menarik muatan negatip.

Atom yang ditambah/diberi sebuah elektron, maka secara utuh diabermuatan negatip dan menarik muatan positip.Atom yang bermuatan seperti ini sebaliknya dapat juga menarik muatanyang berbeda, berarti atom tersebut bergerak. Atas dasar inilah makaatom seperti ini dinamakan ion (ion = berjalan, bhs. Yunani).Atom bermuatan positip maupun negatip atau kumpulan atom disebution.

Skema pembentukan ion Dapat disimpulkan bahwa : Kelebihan elektron menghasilkan muatan negatip, kekurangan elektron menghasilkan muatan positip.

ARUS LISTRIK

Arus listrik pada dasarnya pembawa muatan dapat berupa elektron-elektron maupun ion-ion. Aruslistrik hanya dapat mengalir pada bahan yang didalamnya tersediapembawa muatan dengan jumlah yang cukup dan bebas bergerak.

Penghantar, bukan penghantar, semi penghantar1.3.1.1 Penghantar - Mekanisme penghantar.

Bahan yang memiliki banyak pembawa muatan yang bebas bergerak dinamakan penghantar.Kita bedakan antara :

   Penghantar elektron

Yang termasuk didalamnya yaitu logam seperti misalnya tembaga, alumunium, perak, emas, besi dan juga arang. Atom logam membentuk sesuatu yang disebut

struktur logam. Dimanasetiap atom logam memberikan semua elektron valensinya (elektron-elektron pada lintasan terluar) dan juga ion-ion atom positip.

   Ion-ion atom Elektron-elektron bebas

Kisi-kisi ruang suatu logam dengan awan elektron Ion-ion menempati ruang dengan jarak tertentu serta sama antara satu dengan yang lain dan membentuk sesuatu yang disebut dengan kisi-kisi ruang atau pola geometris atom-atom .

Elektron-elektron bergerak seperti suatu awan atau gas diantara ion-ion yang diam dan oleh karenanya bergerak relatip ringan didalam kisi-kisi ruang. Elektron tersebut dikenal sebagai elektron bebas .

Awan elektronbermuatan negatip praktis termasuk juga didalamnya ion-ion atom yangbermuatan positip.Sepotong tembaga dengan panjang sisinya 1 cm memiliki kira-kira 10-23 (yaitu satu dengan 23 nol) elektron bebas.

Melalui tekanan listrik dengan arah tertentu, yang dalam teknik listrik dikenal sebagai tegangan,elektron-elektron bebas dalam penghantar digiring melalui kisi-kisi. Dengan demikian elektron-elektron penghantar mentransfer muatannegatipnya dengan arah tertentu. Biasa disebut sebagai

arus listrik .

Dapat disimpulkan bahwa :Arus listrik (arus elektron) dalam suatu penghantar logam adalahmerupakan gerakan elektron bebas pada bahan penghantar dengan arahtertentu. Gerakan muatan tidak mengakibatkan terjadinya perubahankarakteristik bahan.

TEKANAN LISTRIK(Tegangan)

Mekanisme penghantar logam kecepatan arus tergantung pada rapat arus . Penghantar logam dengan beban biasa maka kecepatan elektronnya hanya sebesar 3mm/detik, tetapi gerakan elektron tersebut menyebarkan impuls tumbukan mendekati dengan kecepatan cahaya c=300.000 km/detik. Oleh karenanya dibedakan disini antara kecepatan impuls dan kecepatan elektron.

PENGHANTAR ION

Termasuk disini yaitu elektrolit  (zat cair yang menghantarkan arus),

peleburan (misal peleburan alumunium) dan ionisasi gas . Sebagaipembawa muatan dalam hal ini adalah ion positip dan ion negatip. Biasa disebut sebagai arus ion.Arus listrik (arus ion) didalam suatu elektrolit, peleburan atau ionisasi gasadalah merupakan gerakan terarah ion-ion bahan/zat cair. Dalam hal initermasuk juga sebagai transfer bahan/zat.

BUKAN PENGHANTAR

Bahan yang hanya memiliki sedikit pembawa muatan dan terikat dalammolekul tersendiri, dinamakan bahan bukan penghantar.Termasuk dalam hal ini yaitu bahan padat , seperti bahan sintetis, karet,kaca, porselen, lak, kertas, sutera, asbes, dan zat cair , seperti air murni,oli, fet, dan juga ruang hampa  termasuk disini gas (juga udara) dengan aturan tertentu. Bahan-bahan tersebut sebagian juga dikenal sebagai bahan isolasi 

, dengan demikian maka dapat mengisolasi bahan yangberarus listrik.

SEMI PENGHANTAR

Semi penghantar adalah bahan yang setelah mendapat pengaruh dari luarmaka elektron valensinya lepas dan dengan demikian mampumenghantarkan listrik.Termasuk disini yaitu silisium, selenium, germanium dan karbon oksida.Pada temperatur rendah, elektron valensi bahan tersebut terikatsedemikian rupa sehingga tidak ada elektron bebas didalam kisi-kisi.

Jadi dalam hal ini dia bukan sebagai bahan penghantar.Melalui pemanasan, sebagian elektron terlepas dari lintasannya, danmenjadi elektron yang bergerak dengan bebas. Dengan demikian makamenjadi suatu penghantar. Juga melalui pengaruh yang lainnya, sepertimisalnya cahaya dan medan magnit mengakibatkan perubahan sifatkelistrikan bahan semi penghantar.

RANGKAIAN LISTRIK

Peralatan listrik secara umum disebut sebagai beban/pemakai, terhubungdengan sumber tegangan melalui suatu penghantar, yang terdiri atas duabuah penghantar, yaitu penghantar masuk dan penghantar keluar. Penanggung jawab adanya arus yaitu elektron-elektron bebas, bergerak dari pembangkit tegangan kembali ke tempatnya semula melalui jalan yang tertutup, yang biasa disebut sebagai rangkaian arus.

Rangkaian arus listrik sederhana terdiri atas pembangkit tegangan, bebantermasuk disini kabel penghubung (penghantar masuk dan penghantarkeluar).Untuk diketahui bahwa :

Arus listrik hanya dapat mengalir dalam suatu rangkaian penghantar tertutup.Dengan memasang sebuah saklar pada rangkaian, arus listrik dapat dihubung atau diputus sesuai keinginan.Gambar secara nyata suatu rangkaian arus sebagaimana ditunjukkan diatas terlihat sangat rumit, dalam praktiknya digunakanlah skemadengan normalisasi simbol yang sederhana, yang biasa dikenal sebagaidiagram rangkaian. Skema menjelaskan hubungan antara komponen-komponen yang ada pada suatu rangkaian.

ARAH ARUS ELEKTRON

Kita buat suatu rangkaian arus listrik tertutup, dengan demikian didapatkan suatu proses sebagai berikut :Pada kutub negatip pembangkit tegangan (kelebihan elektron), elektronbebas pada ujung penghantar didorong menuju beban. Pada kutub positip (kekurangan elektron) elektron bebas pada ujung penghantar yang lain tertarik. Dengan demikian secara umum terjadi arus elektron dengan arahtertentu.

 

ARAH ARUS SECARA TEKNIK

Pengetahuan teori elektron zaman dulu menduga bahwa sebagaipenanggung jawab terhadap mekanisme penghantaran didalam logamadalah pembawa muatan positip dan oleh karenanya arus mengalir dari kutub positip melalui beban menuju kutub negatip. Jadi berlawanan dengan arus elektron yang sebenarnya sebagaimana diutarakan dimuka.Meskipun pada saat ini telah dibuktikan adanya kekeliruan anggapan pada mulanya, namun didalam teknik listrik untuk praktisnya anggapan araharus tersebut tetap dipertahankan. Sehingga ditemui adanya perbedaan antara arah arus elektron terhadap arah arus secara teknik atau secara umum juga disebut arah arus.Arus listrik mengalir dari kutub positip pembangkit tegangan melaluibeban menuju kutub negatip.

 

KUAT ARUS

Semakin banyak elektron-elektron yang mengalir melalui suatupenghantar dalam tiap detiknya, maka semakin besar pula kekuatan aruslistriknya, biasa disebut kuat arus.

Arus sebanyak 6,24 triliun elektron (6,24 • 1018) tiap detik pada luaspenampang penghantar, maka hal ini dikenal sebagai kuat arus 1 .

AMPERE.

          Dengan demikian dapat dikatakan :Ampere adalah satuan dasar yang sah untuk kuat arus listrikSudah menjadi kebiasaan dalam keteknikan, supaya lebih sederhana makabesaran-besaran teknik seperti misalnya kuat arus diganti dengan simbol formula dan demikian pula untuk simbol nama satuan (simbol satuan).Simbol formula untuk kuat arus adalah I .

Simbol satuan untuk Ampere adalah A

Pembagian dan kelipatan satuan :

1 kA = 1 Kiloampere = 1000 A = 10

3

A1 mA = 1 Milliampere = 1/1000 A = 10

-3

A1 A = 1 Mikroampere = 1/1000000 A = 10

-6

A

*Modul PKDLE*