HUKUM OHM, DAYA DAN ENERGI

Transkripsi

1 HUKUM OHM, DAYA DAN ENERGI 1. Hukum Ohm Hukum Ohm dapat dituliskan sebagai berikut : E I (ampere).. (1) R Dari persamaan (1) dapat dinyatakan bahwa untuk resistansi yang tetap, bila tegangan diperbesar maka akan diperoleh arus yang besar pula. Apabila resistansi diperbesar untuk tegangan yang sama maka akan diperoleh arus yang lebih kecil. Dengan kata lain, arus sebanding dengan tegangan dan berbanding terbalik dengan resistansi. Tiga kuantitas yaitu arus, tegangan dan resistor didefinisikan dengan rangkaian sederhana seperti pada Gambar 1. erhatikan Gambar 1, bahwa pada sumber tegangan arus mengalir dari terminal negatif ke terminal positif dam jatuh potensial pada R arus mengalir dari terminal positif ke terminal negatif. 2. Grafik Hukum Ohm Gambar 1. Rangkaian dasar Grafik hukum Ohm tampak pada Gambar 2, dimana sumbu vertikal sebagai arus (ampere) dan sumbu horisontal sebagai tegangan (volt). Grafik pada Gambar 2 dapat dikembangkan, yaitu nilai arus atau tegangan dapat diperoleh dengan mudah dari grafik tersebut. Misalnya V=25 volt maka arus dapat diperoleh dengan menarik garis horisontal dimana diperoleh arus 5 A sebagaimana ditentukan dari hukum Ohm. Rangkaian Listrik I by Zaenab Muslimin 22

2 Jika resistansi tidak diketahui, dapat ditentukan dari setiap titik pada grafik garis lurus. Dari grafik dapat diperoleh nilai arus dan tegangan kemudian menyederhanakannya dengan menggunakan persamaan (2). V R (volt).....(2) I Gambar 2. Grafik hukum Ohm Misalnya titik pada grafik Gambar (2) dimana V=20 volt dan I=4A maka resistansi R = 20/4 = 5A. Sebagai perbandingan, resistor 1 ohm dan 10 ohm digambar maka grafiknya akan diperoleh seperti pada Gambar 3, tampak bahwa semakin kecil resistansi maka slope kurva mendekati sumbu vertikal. Gambar 3. Grafik V-I untuk nilai R=1 Ohm dan R=10 Ohm Rangkaian Listrik I by Zaenab Muslimin 23

3 Jika hukum Ohm dituliskan sebagai berikut dan dihubungkan dengan persamaan garis lurus adalah I = 1/R. E + 0 y = m. x + b kita peroleh bahwa slope sama dengan satu dibagi dengan nilai R, sebagaimana ditunjukkan sebagai berikut : y I 1 m slope...(3) x V R Dari persamaan (3) dapat dinyatakan bahwa semakin besar resistansi semakin kecil nilai slope. ersamaan (3) dapat pula digunakan untuk menentukan resistansi dari kurva linier. R V (Ohm)...(4) I Dari persamaan (4), dengan memilih V (atau I) tertentu maka dapat diperoleh hubungan I (atau V) dari grafik seperti yang ditunjukkan pada Gambar 4 kemudian resistansi dapat ditentukan. Contoh 1 Gambar 4. Menggunakan persamaan (3) Tentukan nilai resistansi dari kurva pada Gambar 5. dengan menggunakan persamaan (2) dan persamaan (4), bandingkan hasilnya. Rangkaian Listrik I by Zaenab Muslimin 24

4 Jawab : Untuk V = 6 volt, I = 3 ma V 6V R 2k I 3mA Untuk interval antara 6volt dan 8 volt, V 2V R 2k I 1mA 3. D a y a Gambar 5. Contoh 1 Daya adalah kerja yang dilakukan (konversi energi dari satu bentuk energi ke bentuk energi yang lain) dalam waktu tertentu. Misalnya, motor dengan kapasitas besar akan memberi daya yang lebih besar bila dibandingkan dengan motor kapasitas kecil, karena motor dengan kapasitas besar dapat mengkonversi energi listrik menjadi energi mekanik dalam periode waktu yang sama lebih besar. Karena energi diukur dalam Joule dan waktu dalam detik maka daya diukur dalam joule/detik. 1 watt () = 1 joule/detik Dalam bentuk persamaan, (watt, joule/detik)..(5) t Rangkaian Listrik I by Zaenab Muslimin 25

5 Hubungan horsepower (hp) dan watt adalah : 1 hp 746 watt (6) Daya yang dikirim atau diserap oleh peralatan-peralatan listrik atau sistem dapat diperoleh dalam istilah arus dan tegangan sebagai berikut : Q V V I..(7) t t Substitusi hukum Ohm pada persamaan (7) diperoleh : 2 V 2 I R (8) R Daya dikatakan mengirim atau menyerap didefinisikan oleh polaritas tegangan dan arah dari arus. Untuk semua sumber tegangan dc, daya dikirim oleh sumber jika arus mempunyai arah seperti pada Gambar 6(a). Jika arah arus dan polaritas seperti pada Gambar 6(b) maka dinyatakan sebagai baterei menyerap daya seperti ketika baterei di charge. 4. attmeter Gambar 6. Daya pada baterei (a) mensuplai (b) menyerap eralatan yang dapat mengukur daya yang dikirim oleh sumber disebut wattmeter seperti pada Gambar 7. Karena daya fungsi arus dan tegangan maka 4 terminal harus dihubungkan seperti yang ditunjukkan pada Gambar 8 untuk mengukur daya pada resistor. Rangkaian Listrik I by Zaenab Muslimin 26

6 Gambar 7. attmeter Gambar 8. Hubungan wattmeter 5. Efisiensi Flowchart energi hubungannya dengan sistem diperlihatkan pada Gambar 9. Output energi selalu lebih kecil dari energi yang diterapkan/input karena adanya losses energi dan energi yang tersimpan dalam sistem. Konservasi energi memerlukan bahwa : Rangkaian Listrik I by Zaenab Muslimin 27

7 Input energi = output energi + energi yang hilang (tersimpan) Kedua sisi dibagi dengan t, memberikan : t in t out lost orstore t Karena = /t maka, i = o + lost or store (watt)...(9) Gambar 9. aliran energi dalam sistem Efisiensi ( ) dari sistem ditentukan dari persamaan berikut : Efisiensi daya output daya input o i % % o i x100% o i x100 (10) Efisiensi maksimum adalah 100% terjadi ketika o = i atau daya yang hilang atau yang tersimpan dalam sistem adalah nol. Rangkaian Listrik I by Zaenab Muslimin 28

8 Contoh 2 Sebuah motor dengan kapasitas 2 hp bekerja pada efisiensi 75%. Hitunglah daya input dalam watt? Bila tegangan yang diterapkan adalah 220 volt, hitunglah arusnya? Jawab % o i x100% 2 x( 746) i watt i i ExI I 9. 04A E Energi Energi dapat dinyatakan, =. t (joule) Energi (.jam) = daya () x waktu (jam) daya()x waktu(jam) Energi (kh)..(11) 1000 Jadi energi dalam kilowattjam adalah energi dalam wattjam dibagi dengan Kilowattjam meter adalah alat yang digunakan untuk mengukur energi listrik tersuplai ke rumah-rumah atau beban-beban komersial. Contoh 3 Hitunglah energi yang diperlukan (kh) oleh sebuah lampu 60 att yang dinyalakan selama 1 tahun. Jawab.t ( 60).( 24).( 365) , 6kh Rangkaian Listrik I by Zaenab Muslimin 29