Pengantar Rangkaian Listrik

Transkripsi

1 Pengantar Rangkaian Listrik Slide-01 Ir. Agus Arif, MT Semester Gasal 2016/ / 28

2 Materi Kuliah 1 Pendahuluan Perkenalan Rangkaian Listrik Pemecahan Problem Sistem Satuan 2 Definisi Besaran Listrik Muatan Arus Tegangan Daya 3 Sumber Listrik Sumber Tegangan Sumber Arus Batere Sumber Dependen 4 Hukum Ohm Resistans Grafik i-v Serapan Daya Resistivitas Konduktans Rangkaian Khusus 2 / 28

3 Tujuan Kuliah Setelah mengikuti seluruh kegiatan perkuliahan ini, mahasiswa diharapkan mampu 1 memahami teori/konsep dasar dan 2 menguasai teknik dasar dari rangkaian listrik. Untuk mencapai tujuan tersebut, mahasiswa akan belajar tentang: komponen dan rangkaian listrik dasar, hukum Ohm dan hukum Kirchhoff, hubungan seri dan paralel, analisis rangkaian dan dalil Thevenin, komponen penyimpan tenaga, rangkaian RL, RC dan RLC, tanggapan frekuensi, dan rangkaian tiga-fase dan transformator. Prasyarat kuliah: Aljabar Linier. 3 / 28

4 Sumber Belajar Situs elisa komunitas Rangkaian Listrik: Buku-ajar: Penulis: William H. Hayt, Jr., Jack E. Kemmerly & Steven M. Durbin Edisi/tahun: 8/2012 Penerbit: McGraw-Hill, Inc ISBN: community/show/ rangkaian-listrik/ Situs buku-ajar: haytdurbin8e 4 / 28

5 Rangkaian Listrik Analisis rangkaian listrik = perkenalan pd seni memecahkan problem keteknikan Analisis persoalan diperlukan sebelum melakukan desain penyelesain Empat bidang utama: 1 analisis DC 2 analisis transien 3 analisis sinusoidal (AC) 4 tanggapan frekuensi 5 / 28

6 Strategi Pemecahan Problem 6 / 28

7 Sistem Satuan SI Satuan dasar: meter (m), kilogram (kg), sekon (s), ampere (A) kelvin (K), mole (mol), candela (cd) Satuan turunan: kerja atau tenaga: joule (J) daya: watt (W) 1 W = 1 J/s Setiap hasil pengukuran dinyatakan memakai satuan dan (jika perlu) awalan yang sesuai: 7 / 28

8 Awalan Satuan Contoh: 1.23 mw = W = W 8 / 28

9 Muatan Muatan listrik adalah kekal = muatan tidak dapat diciptakan atau dimusnahkan Lambangnya: Q atau q(t) = q dan satuannya: coulomb (C) Muatan terkecil = muatan elektron ( ) C atau muatan proton ( ) C Dalam kebanyakan rangkaian, sesungguhnya muatan yang bergerak adalah elektron 9 / 28

10 Arus Arus listrik adalah laju aliran muatan Lambangnya: I atau i(t) = i dan satuannya: ampere (A) 1 ampere = 1 coulomb/sekon (1 A = 1 C/s) 10 / 28

11 Kuat dan Arah Arus Secara lengkap, arus harus dinyatakan dgn kuat dan arahnya Kedua arus berikut adalah sama: 11 / 28

12 Jenis-jenis Arus Berdasarkan kuat dan arahnya, arus dapat dibedakan menjadi: Arus searah atau DC (a) Arus bolak-balik atau AC (b) Arus eksponensial (c) Arus sinusoidal teredam (d) 12 / 28

13 Arus dan Muatan: i = dq dt 13 / 28

14 Tegangan Ketika kerja sebesar 1 J diperlukan untuk memindahkan 1 C muatan dari A menuju B, maka dinyatakan ada tegangan sebesar 1 volt (V) di antara A dan B Tegangan (V atau v(t) = v) yang melintasi suatu elemen harus dinyatakan dengan besar dan kutubnya Contoh: (a) = (b) dan (c) = (d) 14 / 28

15 Daya: p = v i Daya yang dibutuhkan untuk mendorong arus sebesar i (C/s) melintasi tegangan sebesar v (V = J/C) adalah p = v i (J/s = W) Ketika daya bernilai positif = elemen menyerap tenaga Ketika daya bernilai negatif = elemen memasok tenaga 15 / 28

16 Contoh 1: Daya Berapa besar daya yang diserap oleh ketiga elemen di atas? 16 / 28

17 Sumber Tegangan Sumber tegangan ideal = elemen rangkaian yang mampu memasok tegangan tertentu v s dan tidak tergantung pada kuat arus yang mengalirinya Kuat arusnya akan ditentukan oleh elemen-elemen rangkaian lainnya 17 / 28

18 Sumber Arus Sumber arus ideal = elemen rangkaian yang mampu memasok arus tertentu i s dan tidak tergantung pada besar tegangan di ujung-ujung terminalnya Besar tegangannya akan ditentukan oleh elemen-elemen rangkaian lainnya 18 / 28

19 Batere sebagai Sumber Tegangan Sumber tegangan = hasil idealisasi (dgn arus yang tidak terbatas) dan hasil generalisasi (dgn tegangan yang dapat berubah-ubah) dari batere Batere memasok tegangan dc V, namun pada prakteknya batere memiliki daya maksimum 19 / 28

20 Sumber Dependen Sumber arus dependen [(a) dan (b)] memasok arus yang kuatnya tergantung pada variabel rangkaian yang lainnya Sumber tegangan dependen [(c) dan (d)] memasok tegangan yang besarnya tergantung pada variabel rangkaian yang lainnya 20 / 28

21 Contoh 2: Sumber Dependen Berapa besar tegangan v L pada rangkaian di atas? 21 / 28

22 Hukum Ohm: Resistans Resistor (linear) = elemen rangkaian yang mematuhi persamaan v = R i dengan konstanta R : resistans Persamaan di atas dikenal sebagai Hukum Ohm Satuan resistans = ohm (Ω) 22 / 28

23 Pendahuluan Definisi Besaran Listrik Sumber Listrik Hukum Ohm Resistor (a) resistor biasa (b) resistor daya (c) resistor 10 TΩ 23 / 28

24 Grafik i-v dari Resistor Kurva arus versus tegangan dari resistor = garis lurus Pada grafik di atas, kemiringan kurva: 4 A / 8 V atau 0.5 Ω 1 Inilah grafik i-v dari resistor 2 Ω 24 / 28

25 Serapan Daya Resistor menyerap daya: karena v = R i, maka p = v i = v 2 R = i 2 R Daya yang positif = resistor menyerap energi Daya resistor selalu bertanda positif 25 / 28

26 Ukuran Kawat dan Resistivitas Resistans suatu kawat ditentukan oleh resistivitas dari bahan konduksinya dan bentuk geometrinya R = ρ l A (Pada pendekatan tergumpal, resistans kawat dianggap 0 Ω) 26 / 28

27 Konduktans Terkadang diperlukan kebalikan dari resistans yang disebut konduktans Lambangnya: G dan satuannya: siemen (S) Suatu resistor R memiliki konduktans: G = 1 R Persamaan i-v (alias Hukum Ohm) dapat juga ditulis sebagai i = G v 27 / 28

28 Rangkaian Terbuka & Hubungan Singkat Rangkaian terbuka di antara A dan B berarti i = 0 Tegangan pada rangkaian terbuka dapat bernilai berapa saja Rangkaian terbuka setara dengan R = Ω Hubungan singkat di antara A dan B berarti v = 0 Arus yang mengaliri hubungan singkat dapat bernilai berapa saja Hubungan singkat setara dengan R = 0 Ω 28 / 28